配电网中电容电流的测量方法

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系统电容电流是指系统在没有补偿的情况下，发生单相接地时通过故障点的无功电流。测量方法很多，这里介绍几种常用的方法。
    一、单相金属接地法
    单相金属接地又分为投入消弧线圈补偿接地和不投入消弧线圈两种。
    1.不投入消弧线圈
    不投入消弧线圈(即中性点不接地)的单相金属接地测量，其接线如图1-1所示，图中，QF为接地断路器；TV为测量用电压互感器；TA₁、TA₂为保护和测量用电流互感器；W为低功率因数功率表，用以测量接地回路的有功损耗；TA₁的1、2端子接QF的过流保护。电流、电压向量图如图1-2所示。

图1-1 不投入消弧线圈的单相金属接地测量原理图

图1-2 不投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图

 试验是在系统单相接地下进行的，当系统一相接地时，其余两相对地电压升为线电压。因此，在测量前应消除绝缘缺陷，以免在电压升高时非接地相对地击穿，形成两相接地短路事故。为使接地断路器能可靠切除接地电容电流，须将三相触头串联使用，且应有保护。若测量过程中发生两相接地短路，要求QF能迅速切断故障，其保护瞬时动作电流应整定为I_C的4～5倍。
    合上接地断路器QF，迅速读取图中所示各表计的指示数值后，接地开关应立即跳闸。 所用表计均不得低于0.5级。测量功率，应用低功率因数功率表。由于三相对地电容不等，一相单相接地难以测得正确的阻尼率，需三相轮流接地测量，取三次测量结果的算术平均值。
    测量结果的计算：
        I_cp＝P／Ù₀
        I_cq＝√(I²_C－I²_cp)
        d%＝I_cp／I_cq×100%
    上三式中I_cp——接地电流的有功分量(安)；
            I_cp——接地电流的无功分量(安)；
            I_c——系统总接地电流(安)；
            P——接地回路的有功损耗(瓦)；
            Ù₀——中性点不对称电压(伏)；
            d%——系统的阻尼率。
    若测量时的电压和频率不是额定值，则需将测得的电流 折算到额定电压和额定频率下的数值，即
        I_Ce＝I_C×(U_e／U_av)×(ƒ_e／ƒ)
    式中 I_Ce——电压和频率为额定值时的系统接地电容电流(安)；
         ƒ_e——额定频率(赫兹)；
         U_e——额定电压(伏)；
         U_av——三相电压(线电压)的平均值(伏)。
    由于这种方法，在测量过程中，非接地两相的电压要升高，一旦发生绝缘击穿，接地断路器虽能切断短路，但由于没有补偿，另一接地点的电弧如不能熄灭，可能扩大事故。同时由于单相接地产生负序分量，接地电流中将有较大的谐波分量，影响测量结果的准确度，所以一般不采用这种方法。
    2.投入消弧线圈
    中性点投入消弧线圈时，利用单相金属接地，测量系统的电容电流的原理接线如图1-3所示。图中1、2端子接过流保护，其值整定为接地电流的4～5倍，瞬时跳闸。接地时的电流电压向量图如图1-4所示。

图1-3 投入消弧线圈的单项金属接地测量原理图
W1、W3——低功率因数功率表；W2、W4——普通功率表

图1-4 投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图

 按图1-3的试验接线，测量出补偿电流和残余电流回路的有功功率及无功功率，从而计算出补偿电流、残余电流的有功分量及无功分量、系统的电容电流和阻尼率。
    测量结果的计算：
        
    式中I'_CP——残余电流的有功分量(安)；
        I'_cq——残余电流的无功分量(安)；
        I_LP——补偿电流的有功分量(安)；
        I_Lq——补偿电流的无功分量(安)；
        I_CP——电容电流的有功分量(安)；
        I_cq ——电容电流的无功分量(安)；
        I_c——电容电流的有效值(安)；
        P₁、P₃——功率表W₁、W₃测的残余电流和补偿电流回路的有功功率(瓦)；
        Q₂、Q₄——功率表W₂、W₄测的残余电流和补偿电流回路的无功功率(乏)；
        d%——被测系统的阻尼率；
        K₁、K₂——电流互感器LH₁、LH₂的变流比。
        这种测量方法，比不投入消弧线圈的金属接地安全准确，也更符合实际运行状态。其注意事项：
    (1)试验前应消除系统的绝缘缺陷；
    (2)试验中所用仪表应不低于0.5级，电压、电流互感器不低于1级；
    (3)接地断路器三相触头串联使用，并有两相接地保护，其动作电流整定为单相接地电容电流的4～5倍，瞬时跳闸；
    (4)测试时，系统只保留测量用的一台消弧线圈，其余的应退出运行；
    (5)根据估计或用其他方法测量的系统电容电流，确定测试用消弧线圈的分头，使其尽量靠近(不能达到)全补偿状态；
    (6)如果测量时系统的电压和频率不是额定值，则计算出的电容电流，应按前面相同的方法折算为额定电压及额定频率时的电流。
    二、中性点外加电容法
    中性点外加电容法测量系统的电容电流，是在系统无补偿的情况下，在变压器的中性点对地接入适当的电容量，测量中性点的对地电压，然后用计算的方法间接得到系统的电容电流。外加电容一般取系统估算的对地电容C=(C_A+C_B+C_C)的1/2倍、1倍、2倍。在每个电容下测量一次中性点的对地电压(位移电压)，根据系统的不对称电压和测得的各个位移电压，计算系统的电容电流，然后取这些电流的平均值作为该系统的电容电流。中性点外加电容等值电路如图1-5所示。

图1-5 中性点外加电容等值电路

 由于三相对地电容C_A、C_B、C_C和外加电容C_o的损耗电阻很小，可以忽略不计。对中性点用基尔霍夫第一定律，可得中性点位移电压Ù₀₁，即
        (ÙA＋Ù₀₁)jωC_A＋(ÙB＋Ù₀₁)jωC_B＋(ÙC＋Ù₀₁)jωC_C＝0
        ÙAC_A＋ÙBC_B＋ÙC_CC＋(C_A＋C_B＋C_C)Ù₀₁＝0
    于是Ù₀₁＝－(ÙAC_A＋ÙBC_B＋ÙC_CC)／(C_A＋C_B＋C_C＋C₀)        (13-14)
    当C₀=0时，中性点电压即是不对称电压
        Ù₀＝－(ÙAC_A＋ÙBC_B＋ÙC_CC)／(C_A＋C_B＋C_C)        (13-15)
    将式(13-14)除以式(13-15)得
        Ù₀₁／Ù₀＝(C_A＋C_B＋C_C)／(C_A＋C_B＋C_C＋C₀)
    因为C＝(C_A＋C_B＋C_C)
    所以Ù₀₁＝Ù₀[C／(C＋C₀)]；C＝(C₀Ù₀₁)／(Ù₀－Ù₀₁)        (13-16)
    系统电容电流为I_C＝ωCUφ        (13-17)
    式(13-16)及式(13-17)中的C为系统对地电容，由式(13-17)可见，根据外加电容C₀和测出的中性点不对称电压U₀及位移电压U₀₁，便可计算出系统的电容电流I_C。
    从式(13-17)还可知，C与系统频率无关，即使中性点有高次谐波电压，也不影响测量结果。因此，中性点外加电容法是现场常用的测量方法，其原理接线如图1-6所示。

图1-6 中性点外加电容法是现场常用的测量原理

 图中K₁为中性点开关；K₂为静电电压表V的开关；K₃为外加电容C₀的开关；C'为保护电容，电容量为几千微微法，电压不低于被试系统的相电压；g为放电管；外加电容C₀的额定电压不低于2千伏。
    测量步骤：
    (1)按实际的试验接线图接入测量设备及静电电压表；
    (2)合上K₁、K₂，读取中性点不对称电压U₀；
    (3)合上K₃，即投入外加电容C₀，读取此时中性点位移电压U₀₀₁，读完立即断开K₃；
    (4)另接一预选的外加电容，再合上K₃，读取此时中性点的位移电压U₀₁₂、U₀₁₃……等。照此方法，直至测完预选的外加电容下的每个位移电压后，立即断开K₃、K₂、K₁。
    根据测得的中性点位移电压，和在不同外加电容下测量的位移电压，按式(13-16)计算系统的三相对地电容C。取各次计算电容的平均值作为该系统的对地电容，然后以电容平均值按式(13-17)计算系统的电容电流I_C。
    测量时，操作人员应带绝缘手套并站在绝缘垫上。

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